Выбор типа и конструкции элементов литниковой системы.
При выборе конструкции литниковой системы необходимо стремиться к соблюдению следующих принципиальных тонкостей:
1). Обеспечить принцип непрерывного затвердевания, т. е. последовательного затвердевания от наиболее тонких частей отливки через ее массивные узлы к прибыли.
2). Наиболее протяженные стенки и тонкие кромки благоприятны для спокойного заполнения.
3). Создавать условия для более экономного механизированного производства отливок.
- литниковая система представляет собой несущую конструкцию, удерживающую на себе модели и оболочку, а затем и отливки;
- стояк после заливки служит боковой прибылью; питатели подводят к самым массивным узлам отливки;
- воронка служит прибылью для системы отливки – стояк.
Исходя из размеров и массы отливки, определить и охарактеризовать тип литниковой системы.
Расчет литниковой системы.
При расчете литниковой системы использовать методическое пособие «Конструирование и расчет литниково- питающих систем».
Разработка технологического процесса
| Выбор номенклатуры |
| Разработка чертежа отливки |
| Разработка чертежа блока отливок с литниковой системы |
| Разработка чертежа стояка и пресс-формы |
| Выбор номенклатуры |
| Разработка чертежа отливки |
| Разработка чертежа блока отливок с литниковой системы |
| Разработка чертежа стояка и пресс-формы |
Расчет элементов питания
Усадочная раковина проявляется в виде концентрированной раковины, осевой рыхлости у протяженных элементов отливок, выходящего на поверхность глубокого свища в местах сочленения стенок, рассеянной пористости. Усадочная раковина снижает служебные свойства детали, особенно высоконагруженной или герметичной.
После выбора типа ЛС, опираясь на принцип направленного затвердевания и закономерности процесса питания, можно обеспечить выведение усадочной раковины из тела отливки в прибыль.
Расчет последней должен быть выполнен с учетом замедленного затвердевания металла в форме, зависящего при литье по выплавляемым моделям от ее начальной температуры. На производстве применяют приближенные методы расчета.
Сущность литья
Сущность способа состоит в том, что металл заливается в выплавляемую форму под действием собственного веса.
Отливку совместно с ЛПС рассматривают при этом как состоящую из конечного числа конструктивных элементов; стенок, брусьев, компактных тел. Инженерная задача сводится к тому, чтобы, минуя исследования конструктивных элементов, расположить их в конечном итоге, вывести усадочную раковину из отливки в прибыль. В этом направлении проведены исследования, в результате которых разработаны методы оценки относительной продолжительности затвердевания конструктивных элементов отливки; нормативы в виде эмпирических коэффициентов, применение которых обеспечивает необходимое замедление затвердевания в направлении от торцовых участков к прибыли.
Ниже рассмотрены наиболее известные при литье по выплавляемым моделям инженерные методы расчета прибылей. В основе методов лежат две математические модели относительной продолжительности затвердевания конструктивных элементов: « приведенных толщин» и «вписанных сфер», применимость которых при литье в однородные неметаллические формы, отличающиеся низким коэффициентом аккумуляции теплоты, в том числе нагретые, неоднократно подтверждена экспериментальными исследованиями и практикой производства.
Метод приведения толщин.
Для оценки относительной продолжительности затвердевания различных по форме тел Н.И. Хворинов ввел понятие приведенной толщины R= 
, где 
- объем охлаждающей отливки; 
- поверхность ее охлаждения.
Используют также понятие приведенной толщины сечения R=F/P, где F- площадь сечения; P – периметр. Отношение F/P допустимо брать в случаях протяженных элементов, например стояков; коротких элементов типа шеек прибылей и питателей, у которых отсутствует отдача теплоты с торцовых сторон.
Приведенная толщина ( в литературе, называют также «модулем охлаждения», или «отношением 
») приравнивает, в первом приближении, отливку типа бруса или компактного тела по относительной скорости охлаждения к плоской стенке соответствующей толщины. Разбивая сложную отливку и ЛПС на конструктивные элементы, которые, так или иначе, приближаются к пластине, брусу или компактному телу, и, пренебрегая взаимным обогревающим влиянием этих элементов в период затвердевания, с помощью метода приведенных толщин оценивают последовательность затвердевания элементов.
Для обеспечения направленного затвердевания необходимо соблюсти условие непрерывного увеличение приведенной толщины от удаленных тонкостенных участков отливки к прибыли. 
, где 
- приведенные толщины рассматриваемых участков соответственно n-го, прилегающего к n-му со стороны более тонкой части отливки и стороны прибыли.
Формулы для расчета приведенной толщины различных конструктивных элементов даны в табл. 3.3 степень необходимого увеличения приведенной толщины установлена экспериментально. Ниже даны соответствующие расчеты, в основу которых положены эмпирические формулы.
Формулы расчетов приведенной толщины.
Рис.4 Литниково - питающие системы
Рис.5 Литниково-питающие системы
| Конструктивный элемент | Приведенная толщина | ||||
| Вид | толщина | ширина | длина | Элемента по ф – ле R=V/S | Сечение элемента по ф - ле R=F/P |
| Пластина | a | a/2 | a/2 | ||
| Брус сечения: | |||||
| Прямоугольного | a | b | l | abl/[2(ab+bl+al)] | |
| Квадратного | a | a | l | al/[2(a+2*l)] | ab/[2(a+b)] |
| Цилиндрического | d | l | dl/[2(d+2*l)] | a/4 | |
| Сфера | a | a | d/6 | d/4 | |
| Куб | a | a/6 | |||
| Труба (свернутая пластина) | a | l | al/[2(a+l)] | a/2 |
Р а с ч е т ЛПС т и п о в I-II, VII при изготовлении небольших отливок. Применительно к литью по выплавляемым моделям разработан М.Л. Хенкиным на основе обширных экспериментальных исследований с отливками из углеродистых сталей.
Сечение стояка определяют рациональным размещением отливок. Автор рекомендует брать стояки диаметром dc-26-65 мм( при меньшем - недостаточно прочны, при большем – образуют громоздкие и тяжелые блоки). При расчете стояк, учитывая незначительное влияние торцовых участков, в расчет принимают приведенную толщину сечения 
, где 
- площадь, мм² , и периметр, мм, нормального сечения стояка.
, где
М- масса отливы, кг
- плотность расплава, кг/м
- скорость выпуска расплава
Питатель при этом рекомендуется рассчитывать по следующей электрической формуле, в которой первый множитель, стоящий после k, характеризует параметры отливки, второй – параметры ЛПС:
(3.2), где
- приведенная толщина сечения питателя, мм; 
-площадь, мм; определяют эмпирически и приближенно принимают, k=11; 
- приведенная толщина теплового узла отливки, мм; при наличии в отливке двух и более узлов 
определяют отдельно для каждого узла; 
- масса отливки, кг; 
- длина питателя, мм;
Выбирают =4-8 мм, т. е. минимально достаточной для отрезки отливок от литников.
При питании отливок от цилиндрического коллектора, выполненного в виде утолщения стояка, например, дискового коллектора, принимают приведенную толщину его 
принимают равной его диаметру или несколько большей.
Для кольцевого коллектора 
При ЛПС с коллектором в виде прямоугольного бруса приведенную толщину сечения коллектора можно определить также по формуле 
Дополнительные условия метода:
- если размеры питателя, определенные по формуле (3.2) не укладываются на тепловом узле отливки, то необходимо уменьшить их до требуемых, а затем определить приведенную толщину стояка, поменяв местами 
и 
в формуле (3.2);
- расстояние от верхнего уровня литниковой воронки до верхнего уровня отливки должно быть не менее 60 мм;
- при изготовлении отливок из медных сплавов приведенные толщины для стояков и питателей могут быть уменьшены на 30-40%.
Пример 1.
Рассчитать ЛПС типа I (центральный стояк) для детали «ушко» из стали; масса отливки -0,185 кг
Тепловой узел отливки представляет собой цилиндр диаметром 
=18 мм и длиной 
=40 мм. Приведенная толщина его
Далее принимаем =8 мм, учитывая отрезку отливок дисковой фрезой, dc= 35 мм, исходя из рационального размещения деталей. Тогда
]/(π 
)=[(1/4* 
)]/35=9,7 мм.
Теперь по формуле (3.2) находим
Приняв прямоугольное сечение питателя толщиной 
= 14 мм, находим его ширину 
= 2*14*4,6/(14+2*4,6)=27 мм.
Расчет полных стояков (разновидность ЛПС типа III), характеризующихся в ряде случаев высокой экономичностью. Приведенные толщины сечения полого стояка и питателя рассчитываются по формулам:
Длину питателя принимают равной 8-10 мм. Диаметр стояка по средней линии сечения 45-200 мм, высота 
300 мм. Полный стояк выполняют конусным: толщины его стенки вверху и внизу соответственно равны.
Коэффициент у
| Охлаждаемое тело | Ф-ла приведенной толщины 
| у |
| Плита толщиной а | а/4 | 1,54 |
Брус прямоугольного сечения 
| 
| 1,42 |
Брус квадратного сечения 
| 
| 1,27 |
| Цилиндр диаметром d при l>8d | d/4 | 1,00 |
Шар диаметром 
| 
| 0,75 |
Цилиндрическая прибыль высотой 
| 
| 0,95 |
Технологический процесс
модельное отделение
| Плавление металла |
| Формовка блоков |
| Прокаливание |
| Заливка |
| Охлаждение |
| Выбивка |
| Щелочение |
| Предварительная очистка |
| Отделение отливок литниковой системы (вибрация, механич. отрезка) |
| Заточка остатков литников |
| Термическая обработка |
| Годная отливка |
| Брак |
| КОН |
| Металлические отходы |
| Отходы |
| Брак |
| Стояк |
| Оболочковая форма |
| Возврат модельного состава |
| Гидролиз ЭТС с приготовлением суспензии |
| А. Нанесение суспензии на блок моделей, ее обсыпка песком и отверждение |
| Операция «А» проводится несколько раз (3-10) |
| Удаление модельного состава из блока с нанесенными слоями суспензии |
| ЭТС |
| растворитель |
| Добавки |
| Пылев. огнеупор |
| Вода |
| Зернистый огнеупор |
N 
|
| Стояк |
| Пресс-форма |
| Модельный состав |
| Возврат модельного состава |
| Расплавление модельного состава и приготовление модельной композиции |
| Запрессовка композиции в пресс-форму |
| Охлаждение и извлечение моделей |
| Сборка моделей на металлической основе |
Отделение изготовления моделей
Модельные составы . свойства модельных составов и качество их поверхностей. Применяют самые разнообразные материалы и их комбинации. К модельным составам предъявляют многочисленные , иногда противоречивые требования: малая стоимость, хорошая жидкотекучесть и воспроизведения полости пресс-формы и литейной формы, малая зольность и возможность повторного использования и др.
По способу удаления модельные составы подразделяют на выплавляемые, выжигаемые (газифицируемые) и растворяемые.
Модельные составы классифицируют на
- воскообразные выплавляемые составы- наиболее универсальные (первое поколение - парафино - стеариновые, второе – составы Р – 2 и Р – Р – 3 с буроугольными восками, третьи – составы МВС с полиэтиленовыми восками);
- выжигаемые составы на основе натуральных синтетических смол ( типа МАИ с канифолью и полистиролом);
- водорастворимые составы на основе карбамида и солей – нитраты, сульфаты ( прочные модели с глянцевой поверхностью, теплоустойчивые; применяют для моделей повышенной точности);
- растворяемые и выжигаемые модели из термопластов – в основном вспененные пластмассы ( их применение заметно упрощает технологический процесс и поэтому эти составы являются перспективными);
- легкоплавкие металлы и сплавы ( применение ограниченное; используют ртуть, сплавы Вуда, Розе - в отечественной практике не применяются);
- составы с твердыми наполнителями ( суспензии легкоплавких воскообразных материалов, в которые введены мелкодисперсные тугоплавкие порошки синтетических смол и восков).
Свойства модельных составов колеблются в широких пределах : температура каплепадения 47 – 120 ◦С, плотность 60 – 2000 кг/м³, линейная усадка 0,45 – 1,2%, прочность 2 – 11 МПа. Некоторые свойства модельных материалов приведены в таблице.
Свойства исходных материалов для выплавляемых моделей
| Материал | Температура плавления в ◦С | Плотность г/см³ | Линейная усадка в % | Предел прочности при растяжении, кг/см³ |
| Парафин технический | 30-51 | 0,9-0,95 | 0,3-0,5 | 4-5 |
| Стеарин дистиллированный | 50-56 | 0,9-0,97 | 0,7-1,5 | 4-6 |
| Этилцеллюлоза | 160-180 | 1,0-1,2 | - | |
| Церезин | 60-100 | 0,91-0,94 | 0,6-1,1 | - |
| Буроугольный воск | 82-90 | 1,0-1,03 | - | - |
| Канифоль | 66-67 | 1,0-1,2 | - | - |
| Полистирол блочный | 280-300 | 1,05-1,07 | 0,2-0,8 | 380-490 |
| Полиэтилен стабилизированный | 104-115 | 0,92-0,95 | 1-3 | 100-170 |
| Дибутилфталат | Жидкий | 1,045 | - | - |
| Торфяной воск | 65-67 | - | - | - |
| Нитрат калия | 1,9-2,1 | - | - | |
| Карбамид (техническая мочевина) | 130-134 | - | - | - |
Разработка пресс-формы.
Пресс – формы обеспечивают получение выплавляемых моделей с заданной точностью и шероховатостью поверхности. Они должны быть долговечными, чтобы окупить их высокую стоимость и удобными в работе.
Выбор типа пресс-форм обусловлен в основном характером производства (опытное, серийное, массовое), а также требованиями, предъявляемыми к отливкам. При крупносерийном и особенно массовом производстве применяют металлические пресс – формы, изготовленные обработкой в инструментальных цехах. Такие пресс – формы – многогнездные, с готовой частью литниковой системы.
При серийном производстве пресс – формы изготавливают из металлических легкоплавких сплавов или из эпоксидной смолы литьевым способом по эталону, при единичном и мелкосерийном – из гипса.
Для ювелирных и художественных отливок используют эластичные пресс – формы из синтетических компаундов. К отливкам полученных в пресс – формах из легкоплавких, гипсовых и эластичных материалов не предъявляют жестких требований к точности размеров и качеству поверхности. 
Рис. 6 Восьмигнездная пресс-форма с ручным обслуживанием
Контрольные вопросы:
1. Оборудование для изготовления моделей?
2. Контроль качества отливок и дефекты?
3. Требования к модельным составам?
4. Классификация модельных составов?
5. Получение оболочек и требования к ним?
6. Какие этапы включает технологический процесс ЛВМ?
Приложение 1
Варианты отливок к практическим работам
| № | Название отливки | Сплав | Метод литья |
| Крышка | АК7ч | ЛПД | |
| Штуцер | АК9ч | Кокиль | |
| Фланец | 14Х17Н2Л | ЛВМ | |
| Фланец | АК5М2 | ЛПД | |
| Ступица | АК7М2 | Кокиль | |
| Корпус | АК12 | Кокиль | |
| Фланец | 40ХЛ | ЛВМ | |
| Крышка | МЛ5 | ЛПД | |
| Фланец | АК7ч | Кокиль | |
| Штуцер | АК9 | ЛПД | |
| Фланец | Бр03Ц12С5 | ЛВМ | |
| Втулка | 30Х18Н11БЛ | ЛВМ | |
| Фланец | АК12 | ЛПД | |
| Крышка | МЛ5 | Кокиль | |
| Корпус | АК12 | ЛВМ |
Используемая литература :
1. Беккер М.Б. «Литье под давлением»
2. Лев О.И. и Могилев В.К «Справочник литейщика»
3. Еременко А.П. «Технология литейной формы»
4. Я.И.Шкленник «Технологические основы литейного производства»
5. А.П.Емельянова «Технология литейной формы»
6. Иванов В.Н. «Литье по выплавляемым моделям»
7. Емельянова А.П. «Технология литейной формы»
8. Галдина Н.М «цветное литье»
9. Методические указания.